一种圆柱形复合材料网格结构制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种圆柱形复合材料网格结构制备方法，通过泡沫定型，泡沫表面开槽，泡沫开槽凹面处理，网格湿法缠绕，旋转固化，脱模等步骤，实现一体缠绕、共固化，一次性成型复合材料。本发明采用网格结构湿法缠绕一体成型和网格单元化处理；网格结构湿法连续缠绕，降低成本，提高生产效率。
【专利说明】
一种圆柱形复合材料网格结构制备方法
技术领域
[0001]本发明属于复合材料工艺制造领域，具体为一种复合材料网格结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]复合材料格栅增强结构由加强肋与蒙皮组成，加强肋呈正多边形网格分布，结构表现各向异性。复合材料格栅结构具有极高的比强度与比刚度性能，且结构稳定性突出。与传统的复合材料光壳结构、夹芯结构制品相比，通过对复合材料格栅结构参数进行优化更容易实现轻质量、大体积。
[0003]复合材料网格结构通常是薄壁圆筒或圆锥壳，一般由与壳体轴线成一定夹角土Φ的纵向筋和环向筋组成，可应用于火箭整流罩、级间段，飞机机身或太空望远镜主体结构等等。
[0004]国内有很多人进行过网格点阵结构方面的研究，大都偏向于试验研究。例如，关于金子塔点阵圆柱壳、四面体复合材料点阵夹芯板等的制备工艺i，采用预浸料铺贴、热压固化。关于圆柱壳夹芯Kagome点阵制造与测试，采用预浸料铺贴、缠绕，热压固化。关于木模上装配硅橡胶膜，以湿法缠绕制备玻璃纤维复合材料网格结构。以上所采用预浸料缠绕\铺贝占，热压固化，制造成本高昂，或木模湿法缠绕，制品表面质量较差。上海复合材料科技有限公司发明专利《一种适用于卫星网格状复合材料承力筒的成型方法》(申请号:201410693176.X)，以高精度数控缠绕机干法缠绕，热压共固化。产品质量稳定，但成本高昂O
[0005]众多的研究者在试制网格圆柱壳实验时，几乎都选择了预浸料作为主实验原材料，固化方式都是热压固化，虽然制品质量稳定，但对原材料和工艺过程都要求严格。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种一体缠绕、共固化，一次性成型复合材料网格结构的制造方法。
[0007]本发明提供的技术方案是:
[0008]—种圆柱形纤维复合材料网格结构的制备方法，由以下步骤完成:
[0009]I)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型；
[0010]2)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽；
[0011 ] 3)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽；
[0012]4)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，纤维浸胶后，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格
[0013]5)旋转固化；
[0014]6)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。
[0015]—种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，包括网格结构和外蒙皮，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成:
[0016]I)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100°C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型；
[0017]2)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽；
[0018]3)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽；
[0019]4)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，泡沫两端以密封胶封堵，密封胶封堵高度低于泡沫，纤维浸胶后，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格；
[0020]5)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤4)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕；
[0021]6)旋转固化；
[0022]7)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。
[0023]—种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，包括内蒙皮、网格夹芯结构和外蒙皮，所述制备方法由以下步骤完成:
[0024]I)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型；
[0025]2)内蒙皮湿法缠绕:在内蒙皮表面涂上结构胶，裹上预成型的泡沫，结构胶胶结泡沫，泡沫表面裹上一层聚氨酯薄膜放入烘箱，勒紧，旋转初固化；
[0026]3)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽；
[0027]4)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽；
[0028]5)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，按照网格设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格；
[0029]6)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤5)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕；
[0030]7)旋转固化；
[0031]8)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。
[0032]所述泡沫为硬质泡沫或轻质泡沫。
[0033]所述泡沫为硬质泡沫为聚氨酯泡沫，轻质泡沫为聚酯泡沫或PET泡沫。
[0034]湿法缠绕所用纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种混杂。
[0035]旋转固化的升温速率为O?3°C/min，转速为lr/min-30r/min。
[0036]所述步骤2)中，旋转初固化的固化制度为:60°C /2h+l00 °C/2h，升温速率为I °C /min0
[0037]本发明采用网格结构湿法缠绕一体成型和网格单元化处理；网格结构湿法连续缠绕，降低成本，提高生产效率。
【附图说明】
[0038]图1是本发明网格结构图。
[0039]图2是网格加外蒙皮示意图。
[0040]图3是内、夕卜蒙皮不意图。
[0041]图4是泡沫单元简要示意图一。
[0042I图5是泡沫单元简要示意图二。
[0043]图6是外蒙皮、网格、夹芯、内蒙皮复合网格结构示意图一。
[0044]图7是外蒙皮、网格、夹芯、内蒙皮复合网格结构示意图二。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
[0046]实施例1
[0047]以附图1结构为示例，仅网格结构而无内外蒙皮，假定成型网格结构制品内径为138mm，长600mm，厚5mm。以下述制备方法来实施。
[0048]I)清理模具:用抹布蘸丙酮擦拭干净模具表面，待丙酮挥发干净后，模具表面涂抹一层薄而均匀的脱模剂，模具晾干30min后待用；
[0049 ] 2) PET泡沫定型:使用直径为133mm的圆柱模具，选用I Omm厚的PET泡沫，按照制品尺寸裁剪泡沫(留足余量)，使用热风枪，以60 °C?100°C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱模具上。裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定。放入烘箱，120°C保温2h定型；
[0050]3)泡沫表面CNC开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽；
[0051 ] 4)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽，压实；
[0052]5)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都必须用脱模布包裹，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以5轴高精度缠绕机湿法缠绕网格；
[0053]6)放入烘箱，旋转固化:固化制度为:100 °C /2h+l 20 °C /6h，即先在100 °C下固化2小时，再在120 °C下固化6小时，旋转固化的升温速率为1°C /min，转速为6r/min;
[0054]7)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模，清除泡沫，制品再后加工处理。
[0055]实施例2
[0056]以附图2结构为示例，包括网格结构和外蒙皮，假定成型网格结构制品内径为138mm，长600mm，网格肋厚5mm。采用下述制备方法来实施。
[0057]步骤I)-4)与实施例1完全相同；
[0058]5)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都必须用脱模布包裹，泡沫两端以密封胶封堵，密封胶封堵高度低于泡沫。按照设计线型编制缠绕程序。调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以5轴高精度缠绕机湿法缠绕网格；
[0059]6)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤5)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕；
[0060]7)放入烘箱，旋转固化，固化制度为:100 °C/2h+l 20 V /6h。旋转固化的升温速率为l°C/min,$f3E^6r/min；
[0061]8)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模，清除泡沫，制品再后加工处理。
[0062]实施例3
[0063]以附图6、7结构为示例，包括内蒙皮、网格夹芯结构和外蒙皮，假定成型网格结构制品内径为133mm，内蒙皮5mm，网格肋厚5mm，外蒙皮厚5mm，长600mm。以下述制备方法来实施。
[0064]I)清理模具，用抹布蘸丙酮擦拭干净模具表面，待丙酮挥发干净后，模具表面涂抹一层薄而均匀的脱模剂，模具晾干30min后待用；
[0065]2)PET泡沫预定型:按照制品网格尺寸(内径、外径、长度)裁剪泡沫(留足余量)。使用热风枪，以60 °C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱模具上。裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定。放入烘箱，120°C保温2h定型。脱下PET圆柱壳，待用。
[0066]3)内蒙皮湿法缠绕:在内蒙皮表面涂上结构胶，裹上预成型的泡沫，结构胶胶结泡沫，泡沫表面裹上一层聚氨酯薄膜放入烘箱，勒紧，旋转初固化，固化制度为:60/2h+100°C/2h，升温速率为l°C/min。
[0067]4)泡沫表面CNC开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开5mm凹槽；
[0068]5)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽，压实；
[0069]6)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置。销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都必须用脱模布包裹，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以5轴高精度缠绕机湿法缠绕网格。
[0070]7)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤6)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕；
[0071 ] 8)放入烘箱，旋转固化:固化制度为:100°C/2h+l20 V/6h，旋转固化的升温速率为l°C/min,$f3E^6r/min；
[0072]9)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模，制品再后加工处理。
【主权项】
1.一种圆柱形纤维复合材料网格结构的制备方法，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成: 1)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型； 2)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽； 3)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽； 4)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，纤维浸胶后，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格 5)旋转固化； 6)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。2.—种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，包括网格结构和外蒙皮，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成: 1)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型； 2)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽； 3)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽； 4)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，泡沫两端以密封胶封堵，密封胶封堵高度低于泡沫，纤维浸胶后，按照设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格； 5)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤4)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕； 6)旋转固化； 7)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。3.—种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，包括内蒙皮、网格夹芯结构和外蒙皮，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成: 1)泡沫定型:将泡沫贴在模具表面，以60°C?100 °C的热风软化泡沫，边吹热风边卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圆柱状裹在圆柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐热薄膜勒紧固定，放入烘箱，保温定型； 2)内蒙皮湿法缠绕:在内蒙皮表面涂上结构胶，裹上预成型的泡沫，结构胶胶结泡沫，泡沫表面裹上一层聚氨酯薄膜放入烘箱，勒紧，旋转初固化； 3)泡沫表面开槽:按照缠绕网格线型设计路径，泡沫表面开槽； 4)泡沫开槽凹面处理:铺贴脱模布覆盖整个凹槽； 5)网格湿法缠绕:模具两端加销钉工装环，按照网格设计线型严格布置销钉环相对位置和绝对位置，销钉环边缘密封胶封堵，每个销钉都用脱模布包裹，按照网格设计线型编制缠绕程序，调整、控制工作现场温湿度，配置树脂，以缠绕机湿法缠绕网格； 6)外蒙皮湿法缠绕:按照步骤5)的方法按照外蒙皮设计线型以缠绕机对外蒙皮湿法缠绕； 7)旋转固化； 8)脱模:沿销钉环切割制品，卸下销钉环，脱管机脱模。4.根据权利要求1或2或3所述的一种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，其特征在于所述泡沫为硬质泡沫或轻质泡沫。5.根据权利要求4所述的一种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，所述泡沫为硬质泡沫为聚氨酯泡沫，轻质泡沫为聚酯泡沫或PET泡沫。6.根据权利要求1或2或3所述的一种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，其特征在于湿法缠绕所用纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种混杂。7.根据权利要求1或2或3所述的一种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，其特征在于旋转固化的升温速率为O?3°C/min，转速为lr/min-30r/min。8.根据权利要求3所述的一种圆柱形复合材料网格结构的制备方法，所述步骤2)中，旋转初固化的固化制度为:60 0C/2h+100 °C/2h，升温速率为1°C /min。
【文档编号】B29C67/20GK106079459SQ201610460623
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】谢昌江, 陈明新, 谢怀勤, 蔡德军, 梁海波
【申请人】江苏恒神股份有限公司